EP0298331A2 - Elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät - Google Patents

Elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät Download PDF

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EP0298331A2
EP0298331A2 EP88110186A EP88110186A EP0298331A2 EP 0298331 A2 EP0298331 A2 EP 0298331A2 EP 88110186 A EP88110186 A EP 88110186A EP 88110186 A EP88110186 A EP 88110186A EP 0298331 A2 EP0298331 A2 EP 0298331A2
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EP
European Patent Office
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oscillator
switching device
resistor
transistor
amplifier
Prior art date
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EP88110186A
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English (en)
French (fr)
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EP0298331B1 (de
EP0298331A3 (en
Inventor
Jean-Luc Dipl.-Ing. Lamarche
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IFM Electronic GmbH
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IFM Electronic GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches

Definitions

  • the invention relates to an electronic, non-contact switching device, with an externally controllable oscillator, with a downstream of the oscillator, at least two functional units having switching amplifier, with an electronic switch controllable by the oscillator via the switching amplifier, for. B. a transistor, a thyristor or a triac, and with a supply circuit for representing the supply voltage for the oscillator and for the switching amplifier.
  • Electronic switching devices of the type in question here are designed to be contactless and have been used increasingly for around twenty years now instead of electrical, mechanically operated switching devices which are designed with contacts, in particular in electrical or electronic measuring, control and regulating circuits .
  • proximity switches are used to indicate whether an influencing element for which the corresponding proximity switch is sensitive has approached the proximity switch sufficiently far. If an influencing element for which the corresponding proximity switch is sensitive has approached the proximity switch sufficiently far, the electronic switch is reversed; in the case of a switching device designed as a make contact, the non-conductive electronic switch now becomes conductive, while in the case of a switching device designed as a break contact, the conductive electronic switch now blocks.
  • Switchching devices of the type in question here can also be used to indicate whether a physical quantity of an influencing medium for which the switching device is sensitive has reached a corresponding value.
  • the following applies to the oscillator as long as a response body has not sufficiently increased the capacitance between a response electrode and a counter electrode, i.e. has not yet reached a predetermined distance, K x V ⁇ 1, that is Oscillator is not oscillating. If the response body reaches the predetermined distance, the increasing capacitance between the response electrode and the counter electrode leads to an increase in the feedback factor K, so that K x V 1, ie the oscillator begins to oscillate.
  • the electronic switch for. B. a transistor, a thyristor or a triac controlled.
  • German Offenlegungsschriften or interpretations or patent documents 19 51 137, 19 66 178, 19 66 213, 20 36 840, 21 27 956, 22 03 039, 22 03 040, 22 03 096, 23 30 233, 23 31 732, 23 56 490, 26 13 423, 26 16 265, 26 16 773, 26 28 427, 27 11 877, 27 44 785, 29 43 911, 30 40 829, 30 38 102, 30 38 141, 30 38 692, 31 20 884, 32 05 737, 32 09 673, 32 14 836, 32 38 396, 33 20 975, 33 26 440, 33 27 328, 33 27 329, 34 20 236, 34 27 498, 35 19 714, 35 29 827, 36 05 199, 36 05 885 and 36 38 409).
  • the display of a supply voltage or a supply current for the presence indicator and for the switching amplifier is not without problems, because both in conductive state as well as in the blocked state of the switching device, the supply voltage or the supply current must be displayed.
  • the electronic switching device from which the invention is based includes, inter alia, a switching amplifier arranged downstream of the oscillator and having at least two functional units and an electronic switch, and that the electronic switch can be controlled by the oscillator via the switching amplifier.
  • Switching amplifier is to be understood here in a very general way and comprises the entire circuit between the signal output of the oscillator and the control input of the electronic switch, that is to say the entire signal transmission path between the signal output of the oscillator and the control input of the electronic switch.
  • the oscillator can be influenced from the outside, namely damped by a metal part and is dependent on whether the oscillator oscillates or does not oscillate, the electronic switch is controlled. Specifically, the oscillation behavior of the oscillator is evaluated by a demodulator - first functional unit of the switching amplifier - and by a Schmitt trigger - second functional unit of the switching amplifier.
  • the demodulator converts the oscillator voltage, i.e.
  • the Schmitt trigger converts the DC signal analog voltage to the oscillator voltage at its signal output, with which it can then - possibly via a further functional unit of the switching amplifier or via several further functional units of the switching amplifier -
  • the electronic switch is controlled. If the DC signal voltage at the signal input of the Schmitt trigger is above a comparison voltage at its comparison input, the output signal is e.g. B. logic 1, the signal voltage is below the reference voltage, then the output signal is logic 0.
  • Oscillators now need a certain rise time to get from the non-oscillating state to the oscillating state.
  • This start-up time directly determines the maximum switching frequency of an electronic switching device which has an oscillator which can be influenced in the manner described.
  • the minimum time interval between two influences of the oscillator must not be less than the oscillation time of the oscillator; If the time interval between two influences of the oscillator is shorter than the oscillation time of the oscillator, the oscillator remains in the non-oscillating state.
  • the electronic switching device in which the object previously derived and described in detail is solved, is now initially and essentially characterized in that a control circuit is provided between the two functional units of the switching amplifier and the oscillator and is acted upon by the control circuit on the oscillator that the oscillator swings even in the affected state.
  • the oscillator does not vibrate in the affected state, that is, when it is damped by a metal part, the oscillation of the oscillator is maintained in the influenced state by the control circuit in the electronic switching device according to the invention.
  • the oscillator no longer has to swing out again between two influences, that is to say the start-up time no longer influences the maximum switching frequency of the electronic switching device according to the invention.
  • the previously explained possibility of realizing the teaching of the invention has the disadvantage that a relatively large amount of energy must be supplied to the oscillator in the affected state, that is to say a large supply power is required for the oscillator.
  • a large supply power for the oscillator results in an undesirably high voltage drop and / or an undesirably high residual current in an electronic switching device with only two outer conductors. Therefore, in the electronic switching device according to the invention, the control circuit between the two functional units of the switching amplifier and the oscillator is preferably designed in such a way that its action on the oscillator assumes that the DC signal voltage between the two functional units of the switching amplifier still takes different, evaluable values.
  • the demodulator comprises a reference voltage source, a differential amplifier and a - directly or indirectly - demodulator capacitor connected to the signal output of the differential amplifier having. It can then further, as is again known in the prior art, the demodulator has a switching transistor, a charging resistor and a constant current network and the demodulator capacitor is charged with a constant charging current and discharged with a constant charging current via the constant current network.
  • the second functional unit of the switching amplifier is preferably designed as a Schmitt trigger, in which case the Schmitt trigger has two comparison inputs, a control input and a signal output and the control input of the Schmitt trigger is connected to the demodulator capacitor.
  • the electronic switching device 1 shown in FIG. 1 with the aid of a block diagram works without contact, that is, it speaks to approaching of, not shown metal part, and is connected via an outer conductor 2 to a pole 3 of an operating voltage source 4 and only via a further outer conductor 5 to a terminal 6 of a consumer, - while the other terminal 8 of the consumer 7 to the other pole 9 of the Operating voltage source 4 is connected.
  • the switching device 1 shown is connected in a known manner via a total of only two outer conductors 2, 5 on the one hand to the operating voltage source 4 and on the other hand to the consumer 7.
  • the switching device 1 shown has the basic structure of an externally influenceable oscillator 10, a switching amplifier 11 downstream of the oscillator 10 and having at least two functional units, and an electronic switch 12 that can be controlled by the oscillator 10 via the switching amplifier 11 , e.g. B. a thyristor, and a supply circuit 13 for representing the supply voltage for the oscillator 10 and for the switching amplifier 11.
  • a rectifier bridge 14 is also provided, because the operating voltage source 4 is an AC voltage source.
  • a control circuit 15 is provided between the two functional units of the switching amplifier 11 and the oscillator 10 and is acted on the oscillator 10 by means of the control circuit 15 in such a way that the oscillator 10 also oscillates in the affected state.
  • the oscillator 10 does not vibrate in the affected state, that is to say when it is damped by a metal part, the oscillation of the oscillator 10 is maintained in the influenced state in the electronic switching device 1 according to the invention by the control circuit 15.
  • the oscillator 10 no longer has to oscillate again between two influences, that is to say the oscillation time does not influence the maximum switching frequency of the electronic switching device 1 according to the invention.
  • the first functional unit of the switching amplifier 11 is designed as a demodulator 16, the demodulator 16 being a reference voltage source (not shown in detail), a differential amplifier 17, a demodulator capacitor 19 connected to the signal output 18 of the differential amplifier 17, one to the Signal output 18 of the differential amplifier 17 connected charging constant current generator 20 and a discharge constant current generator 21 connected to the signal output 18 of the differential amplifier 17, and the demodulator capacitor 19 is charged with a constant charging current via the charging constant current generator 20 and via the discharge constant current generator 21 with a constant one Discharge current is discharged.
  • the constant charging current is preferably greater, in particular by a factor of 2-3, greater than the constant discharging current.
  • DE-PS 30 04 829 in particular column 4, line 17 ff. the disclosure content of DE-PS 30 04 829 is hereby expressly made to the disclosure content in relation to and in connection with the electronic switching device 1 according to the invention.
  • the second functional unit of the switching amplifier 11 is designed as a Schmitt trigger 22, the Schmitt trigger 22 having two comparison inputs 23, 24, a control input 25 and a signal output 26 and the control input 25 of the Schmitt trigger 22 being connected to the demodulator capacitor 19 is. Furthermore, a voltage divider 27 is provided, which initially has three voltage divider resistors 28, 29, 30 and is connected to the supply voltage. A comparison input 23 of the Schmitt trigger 22 is connected to the connection point 32 of the voltage divider resistors 28, 29 near the positive pole 31 of the supply voltage, while the other comparison input 24 of the Schmitt trigger 22 is connected to the connection point 34 of the voltage divider resistors 29, 30 close to the negative pole 33 of the supply voltage.
  • control circuit 15 has an analog amplifier 35 with a reference input 36, a control input 37 and a control output 38.
  • the reference input 36 is connected to a reference voltage, the control input 37 to the demodulator capacitor 19 and the control output 38 to the oscillator 10.
  • the voltage divider 27 has a fourth voltage divider resistor 39 and is connected with the fourth voltage divider resistor 39 to the negative pole 33 of the supply voltage and the reference input 36 of the analog amplifier 35 of the control circuit 15 to the connection point 40 is connected between the third voltage divider resistor 30 and the fourth voltage divider resistor 39.
  • the oscillator 10 has an oscillator transistor or a plurality of oscillator transistors. Shown as belonging to the oscillator 10, only one resonant circuit coil 41, one resonant circuit capacitor 42 and one emitter resistor 43 are shown, which lies in the emitter circuit of the oscillator transistor (not shown in detail).
  • the teaching of the invention is realized in that a control resistor 44 can be connected in parallel to the emitter resistor 43 of the oscillator transistor by means of the control circuit 15 is.
  • the control circuit 15 has a control transistor 45, the base 46 of the control transistor 45 to the control output 38 of the analog amplifier 35 is closed and the control resistor 44 by means of the collector-emitter path of the control transistor 45 and the emitter resistor 43 of the oscillator transistor - more or less effectively - can be connected in parallel.
  • FIG. 2 shows a preferred exemplary embodiment of the electronic switching device shown in FIG. 1, in that a hysteresis resistor 47 and a hysteresis transistor 48 are provided, the hysteresis resistor 47 is in series with the emitter resistor 41 of the oscillator transistor, and the base 49 of the hysteresis transistor 48 the signal output 26 of the Schmitt trigger 22 is connected and the collector-emitter path of the hysteresis transistor 48 is connected in parallel with the hysteresis resistor 47.
  • DE-PS 19 66 178 the disclosure content of DE-PS 19 66 178 is hereby also made the disclosure content in relation to the electronic switching device 1 according to the invention.

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät (1) mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator (10), mit einem dem Oszillator (10) nachgeordneten, mindestens zwei Funktionseinheiten aufweisenden Schaltverstärker (11), mit einem von dem Oszillator (10) über den Schaltverstärker (11) steuerbaren elektronischen Schalter (12) und mit einer Speiseschaltung (13) zur Darstellung der Speisespannung für den Oszillator (10) und für den Schaltverstärker (11). Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät ist die maximale Schaltfrequenz dadurch wesentlich erhöht, daß zwischen den beiden Funktionseinheiten des Schaltverstärkers (11) und dem Oszillator (10) eine Steuerschaltung (15) vorgesehen ist und mittels der Steuerschaltung (15) so auf den Oszillator (10) eingewirkt wird, daß der Oszillator (10) auch im beeinflußten Zustand schwingt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät, mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator, mit einem dem Oszillator nachgeordneten, mindestens zwei Funktionseinheiten auf­weisenden Schaltverstärker, mit einem von dem Oszillator über den Schalt­verstärker steuerbaren elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, und mit einer Speiseschaltung zur Dar­stellung der Speisespannung für den Oszillator und für den Schaltverstär­ker.
  • Elektronische Schaltgeräte der hier grundsätzlich in Rede stehenden Art sind kontaktlos ausgeführt und werden seit nunmehr etwa zwanzig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch betätigten Schaltgeräten, die kontakbehaftet ausgeführt sind, verwendet, insbeson­dere in elektrischen bzw. elektronischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen. Das gilt insbesondere für sogenannte Annäherungsschalter, d. h. für elek­tronische Schaltgeräte, die berührungslos arbeiten. Mit solchen Annäherungs­schaltern wird indiziert, ob sich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Annäherungsschalter sensitiv ist, dem Annäherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Annäherungsschalter sensitiv ist, dem Annäherungs­schalter hinreichend weit genähert, so wird der elektronische Schalter umgesteuert; bei einem als Schließer ausgeführten Schaltgerät wird der nichtleitende elektronische Schalter nunmehr leitend, während bei einem als Öffner ausgeführten Schaltgerät der leitende elektronische Schalter nunmehr sperrt. (Mit Schaltegeräten der hier grundsätzlich in Rede stehen­den Art kann auch indiziert werden, ob eine physikalische Größe eines Beeinflussungsmediums, für die das Schaltgerät sensitiv ist, einen ent­sprechenden Wert erreicht hat.).
  • Wesentlicher Bestandteil des elektronischen Schaltgerätes, von dem nun die Erfindung ausgeht, ist der von außen beeinflußbare Oszillator. Hin­sichtlich der Beeinflussung des Oszillators wird dabei zwischen induktiver und kapazitiver Beeinflussung unterschieden. Bei elektronischen, berüh­rungslos arbeitenden Schaltgeräten mit induktiver Beeinflussung des Os­zillators gilt für den Oszillator, solange ein Metallteil einen vorge­gebenen Abstand noch nicht erreicht hat, K x V = 1 mit K = Rückkopplungs­faktor und V = Verstärkungsfaktor des Oszillators, d. h. der Oszillator schwingt. Erreicht das entsprechende Metallteil den vorgeschriebenen Ab­stand, so führt die zunehmende Bedämpfung des Oszillators zu einer Ver­ringerung des Verstärkungsfaktors V, so daß K x V < 1 wird, d. h. der Oszillator hört auf zu schwingen. Bei elektronischen, berührungslos arbei­tenden Schaltgeräten mit kapazitiver Beeinflussung des Oszillators gilt für den Oszillator, solange ein Ansprechkörper die Kapazität zwischen einer Ansprechelektrode und einer Gegenelektrode noch nicht hinreichend vergrößert hat, also einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, K x V < 1, d. h. der Oszillator schwingt nicht. Erreicht der Ansprech­körper den vorgegebenen Abstand, so führt die steigende Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der Gegenelektrode zu einer Vergrößerung des Rückkopplungsfaktors K, so daß K x V = 1 wird, d. h. der Oszillator be­ginnt zu schwingen. Bei beiden Ausführungsformen - induktiver Annäherungs­schalter und kapazitiver Annäherungsschalter - wird abhängig von den unter­schiedlichen Zuständen des Oszillators der elektronische Schalter, z. B. ein Transistor, ein Thyristor oder ein Triac, gesteuert.
  • Elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgeräte sind anfangs mit einer Reihe von Problemen behaftet gewesen, - gemessen an elektrischen, mechanisch betätigten Schaltgeräten -, nämlich u. a. mit dem Problem "Dar­stellung einer Speisespannung für den Oszillator und den Schaltverstärker", "Ausbilding des Oszillators", "Kurzschlußfestigkeit" und "Einschaltimpuls­verhinderung". Mit diesen Problemen und deren Lösungen (und mit anderen bei elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgeräten relevanten Problemen und deren Lösungen) befassen sich z. B. die deutschen Offen­legungsschriften bzw. Auslegeschriften bzw. Patentschriften 19 51 137, 19 66 178, 19 66 213, 20 36 840, 21 27 956, 22 03 039, 22 03 040, 22 03 096, 23 30 233, 23 31 732, 23 56 490, 26 13 423, 26 16 265, 26 16 773, 26 28 427, 27 11 877, 27 44 785, 29 43 911, 30 40 829, 30 38 102, 30 38 141, 30 38 692, 31 20 884, 32 05 737, 32 09 673, 32 14 836, 32 38 396, 33 20 975, 33 26 440, 33 27 328, 33 27 329, 34 20 236, 34 27 498, 35 19 714, 35 29 827, 36 05 199, 36 05 885 und 36 38 409).
  • Bei elektronischen Schaltgeräten, die über einen Außenleiter mit einem Pol einer Betriebsspannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers verbindbar sind, ist die Darstellung einer Speisespannung bzw. eines Speisestroms für den Anwesenheitsindikator und für den Schaltverstärker nicht problemlos, weil ja sowohl im leitenden Zustand als auch im gesperrten Zustand des Schaltgerätes die Speisespannung bzw. der Speisestrom dargestellt werden muß.
  • Es ist belanglos, ob man von Darstellung einer Speisespannung oder von Dar­stellung eines Speisestroms spricht. Darstellung steht hier für Ableitung aus dem am Schaltgerät auftretenden Spannungsabfalls bzw. aus dem über das Schaltgerät geführten Betriebsstrom (leitender Zustand) bzw. aus der am Schaltgerät anstehenden Betriebsspannung bzw. aus dem über das Schaltgerät fließenden Reststrom (gesperrter Zustand). Es ist deshalb belanglos, ob man von Darstellung einer Speisespannung oder von Darstellung eines Spei­sestroms spricht, weil der Oszillator und der Schaltverstärker selbstver­ständlich eine Speisespannung und einen Speisestrom benötigen.
  • Von ihrer Funktion als Schaltgeräte her soll bei den in Rede stehenden Schaltgeräten im leitenden Zustand praktisch kein Spannungsabfall auftre­ten und im gesperrten Zustand praktisch kein Reststrom fließen. Da aber dann, wenn bei Schaltgeräten mit nur zwei Außenleitern im leitenden Zustand kein Spannungsabfall aufträte, auch keine Speisespannung für den Oszillator und den Schaltverstärker gewonnen werden könnte, und dann, wenn im gesperr­ten Zustand kein Reststrom flösse, auch kein Speisestrom gewonnen werden könnte, gilt für alle elektronischen Schaltgeräte mit nur zwei Außenlei­tern, daß im leitenden Zustand ein Spannungsabfall auftritt und im ge­sperrten Zustand ein Reststrom fließt.
  • Aus dem, was zuvor ausgeführt worden ist, folgt, daß dann, wenn schon, ungewollt, aber funktionsnotwendig bei elektronischen Schaltgeräten mit nur zwei Außenleitern im leitenden Zustand ein Spannungsabfall auftritt und im gesperrten Zustand ein Reststrom fließt, der Spannungsabfall und der Reststrom so gering wie möglich sein sollen.
  • Einleitend ist gesagt, daß zu dem elektronischen Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht, u. a. ein dem Oszillator nachgeordneter, mindestens zwei Funktionseinheiten aufweisender Schaltverstärker und ein elektroni­scher Schalter gehören und daß der elektronische Schalter von dem Oszil­lator über den Schaltverstärker steuerbar ist. Schaltverstärker ist hier ganz allgemein zu verstehen und umfaßt die gesamte Schaltung zwischen dem Signalausgang des Oszillators und dem Steuereingang des elektronischen Schalters, also den gesamten Signalübertragungsweg zwischen dem Signalaus­gang des Oszillators und dem Steuereingang des elektronischen Schalters. Bei den elektronischen Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht (vgl. z. B. die DE-PS 30 04 829), kann, wie bereits ausgeführt, der Oszil­lator von außen beeinflußt, nämlich durch ein Metallteil bedämpft werden und wird abhängig davon, ob der Oszillator schwingt oder nicht schwingt, der elektronische Schalter gesteuert. Konkret erfolgt die Auswertung des Schwingungsverhaltens des Oszillators durch einen Demodulator - erste Funktionseinheit des Schaltverstärkers - und durch einen Schmitttrigger - ­zweite Funktionseinheit des Schaltverstärkers. Der Demodulator macht aus der Oszillatorspannung, also einer Signalwechselspannung, eine analoge Signalgleichspannung und der Schmitttrigger macht aus der der Oszillator­spannung analogen Signalgleichspannung an seinem Signalausgang ein digi­tales Ausgangssignal, mit dem dann - ggf. über eine weitere Funktions­einheit des Schaltverstärkers oder über mehrere weitere Funktionseinheiten des Schaltverstärkers - der elektronische Schalter angesteuert wird. Liegt die Signalgleichspannung am Signaleingang des Schmitttriggers oberhalb einer an seinem Vergleichseingang liegenden Vergleichsspannung, so ist das Ausgangssignal z. B. logisch 1, liegt die Signalspannung unterhalb der Vergleichsspannung, so ist dann das Ausgangssignal logisch 0.
  • Oszillatoren benötigen nun eine bestimmte Anschwingzeit, um vom nicht­schwingenden Zustand in den schwingenden Zustand zu gelangen. Diese An­schwingzeit bestimmt unmittelbar die maximale Schaltfrequenz eines elek­tronischen Schaltgerätes, das einen in der beschriebenen Weise beeinfluß­baren Oszillator aufweist. Der minimale zeitliche Abstand zwischen zwei Beeinflussungen des Oszillators darf nicht kleiner sein als die Anschwing­zeit des Oszillators; ist der zeitliche Abstand zwischen zwei Beeinflus­sungen des Oszillators kleiner als die Anschwingzeit des Oszillators, so bleibt der Oszillator im nichtschwingenden Zustand.
  • Nun werden elektronische Schaltgeräte der Art, von der die Erfindung aus­geht, u. a. auch für Zählaufgaben eingesetzt, so daß die maximale Schalt­frequenz eines solchen elektronischen Schaltgerätes von erheblicher Be­deutung ist. Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elek­tronisches Schaltgerät der in Rede stehenden Art anzugeben, das eine we­sentlich höhere Schaltfrequenz hat als das elektronische Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht.
  • Das elektronische Schaltgerät, bei dem die zuvor im einzelnen hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Funktionseinheiten des Schaltverstärkers und dem Oszillator eine Steuerschaltung vorgesehen ist und mittels der Steuerschaltung so auf den Oszillator eingewirkt wird, daß der Oszillator auch im beeinflußten Zustand schwingt. Während also im Stand der Technik der Oszillator im beeinflußten Zustand, also dann, wenn er durch ein Metallteil bedämpft ist, nicht schwingt, wird bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät durch die Steuerschaltung die Schwingung des Oszillators im beeinflußten Zustand aufrechterhalten. Die Folge davon ist, daß der Oszillator nicht mehr zwischen zwei Beeinflussun­gen jeweils erneut auschwingen muß, die Anschwingzeit also die maximale Schaltfrequenz des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes nicht mehr beeinflußt.
  • Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den zuvor erläuter­ten allgemeinen Erfindungsgedanken zu realisieren und das erfindungsge­mäße elektronische Schaltgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
  • Grundsätzlich könnte man daran denken, bei dem erfindungsgemäßen elektro­nischen Schaltgerät die Oszillatorspannung zu regeln, also durch eine zu einer Regelschaltung erweiterte Steuerschaltung dafür zu sorgen, daß die Oszillatorspannung im nicht beeinflußten Zustand des Oszillators und im beeinflußten Zustand des Oszillators stets gleich groß bleibt. Man müßte dann aus der für eine solche Regelung erforderlichen Stellgröße ableiten, ob der Oszillator nicht beeinflußt oder beeinflußt ist.
  • Die zuvor erläuterte Realisierungsmöglichkeit der Lehre der Erfindung hat jedoch den Nachteil, daß dem Oszillator im beeinflußten Zustand rela­tiv viel Energie zugeführt werden muß, also eine große Speiseleistung für den Oszillator benötigt wird. Eine große Speiseleistung für den Oszillator hat aber bei einem elektronischen Schaltgerät mit nur zwei Außenleitern einen unerwünscht hohen Spannungsabfall und/oder einen unerwünscht hohen Reststrom zur Folge. Vorzugsweise ist deshalb bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät die Steuerschaltung zwischen den beiden Funk­tionseinheiten des Schaltverstärkers und dem Oszillator so ausgebildet, daß ihre Einwirkung auf den Oszillator die Signalgleichspannung zwischen den beiden Funktionseinheiten des Schaltverstärkers durchaus noch unter­schiedliche, auswertbare Werte annimmt.
  • Wie im Stand der Technik bekannt, so empfiehlt es sich zunächst auch bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät die erste Funktionsein­heit des Schaltverstärkers als Demodulator auszuführen, wobei dann der Demodulator eine Referenzspannungsquelle, einen Differenzverstärker und einen - direkt oder indirekt - an den Signalausgang des Differenzverstär­kers angeschlossenen Demodulatorkondensator aufweist. Dabei kann dann weiter, wie wiederum im Stand der Technik bekannt, der Demodulator einen Schalttransistor, einen Ladewiderstand und ein Konstantstromnetzwerk auf­weisen und der Demodulatorkondensator über das Konstantstromnetzwerk mit einem konstanten Ladestrom geladen und mit einem konstanten Ladestrom entladen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, an den Signalaus­gang des Differenzverstärkers einen Lade-Konstantstromgenerator und einen Entlade-Konstantstromgenerator anzuschließen und den Demodulatorkondensa­tor über den Lade-Konstantstromgenerator mit einem konstanten Ladestrom zu laden und über den Entlade-Konstantstromgenerator mit einem konstanten Entladestrom zu entladen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät ist vorzugsweise, wie im Stand der Technik auch bereits realisiert, die zweite Funktions­einheit des Schaltverstärkers als Schmitttrigger ausgeführt, wobei dann der Schmitttrigger zwei Vergleichseingänge, einen Steuereingang und einen Signalausgang aufweist und der Steuereingang des Schmitttriggers mit dem Demodulatorkondensator verbunden ist.
  • Im folgenden wird nun die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungs­beispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt
    • Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen, berührungslos arbei­tenden Schaltgerätes und
    • Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines Teils des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes, nämlich den Oszillator, die erste Funktionseinheit des Schaltverstärkers, die zweite Funktions­einheit des Schaltverstärkers und die erfindungsgemäß zwischen den beiden Funktionseinheiten des Schaltverstärkers und dem Oszillator vorgesehene Steuerschaltung.
  • Das in Fig. 1 mit Hilfe eines Blockschaltbildes dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h. es spricht auf ein sich annähern­ des, nicht dargestelltes Metallteil an, und ist über einen Außenleiter 2 an einen Pol 3 einer Betriebsspannungsquelle 4 und nur über einen weiteren Außenleiter 5 an einen Anschluß 6 eines Verbrauchers angeschlossen, - während der andere Anschluß 8 des Verbrauchers 7 an den anderen Pol 9 der Betriebs­spannungsquelle 4 angeschlossen ist. Mit anderen Worten ist das dargestellte Schaltgerät 1 in bekannter Weise über insgesamt nur zwei Außenleiter 2, 5 einerseits an die Betriebsspannungsquelle 4 und andererseits an den Ver­braucher 7 angeschlossen.
  • Wie die Fig. 1 zeigt, besteht das dargestellte Schaltgerät 1 in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator 10, einem dem Oszillator 10 nachgeordneten, mindestens zwei Funktionseinheiten aufweisenden Schaltverstärker 11, einem von dem Oszillator 10 über den Schaltverstärker 11 steuerbaren elektronischen Schalter 12, z. B. einem Thyristor, und einer Speiseschaltung 13 zur Darstellung der Speisespannung für den Oszillator 10 und für den Schaltverstärker 11. Eingangsseitig ist noch eine Gleichrichterbrücke 14 vorgesehen, weil es sich bei der Betriebs­spannungsquelle 4 um eine Wechselspannungsquelle handelt.
  • Wie nun die Fig. 2 zeigt, ist zwischen den beiden Funktionseinheiten des Schaltverstärkers 11 und dem Oszillator 10 eine Steuerschaltung 15 vorge­sehen und wird mittels der Steuerschaltung 15 so auf den Oszillator 10 eingewirkt, daß der Oszillator 10 auch im beeinflußten Zustand schwingt. Während also im Stand der Technik der Oszillator 10 im beeinflußten Zustand, also dann, wenn er durch ein Metallteil bedämpft ist, nicht schwingt, wird bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät 1 durch die Steuer­schaltung 15 die Schwingung des Oszillators 10 im beeinflußten Zustand aufrechterhalten. Die Folge davon ist, daß der Oszillator 10 nicht mehr zwischen zwei Beeinflussungen jeweils erneut anschwingen muß, die Anschwing­zeit also die maximale Schaltfrequenz des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes 1 nicht beeinflußt.
  • In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Funk­tionseinheit des Schaltverstärkers 11 als Demodulator 16 ausgeführt, wobei der Demodulator 16 eine im einzelnen nicht dargestellte Referenz­spannungsquelle, einen Differenzverstärker 17, einen an den Signalaus­gang 18 des Differenzverstärkers 17 angeschlossenen Demodulatorkonden­sator 19, einen an den Signalausgang 18 des Differenzverstärkers 17 angeschlossenen Lade-Konstantstromgenerator 20 und einen an den Signal­ausgang 18 des Differenzverstärkers 17 angeschlossenen Entlade-Konstant­stromgenerator 21 aufweist und der Demodulatorkondensator 19 über den Lade-Konstantstromgenerator 20 mit einem konstanten Ladestrom geladen und über den Entlade-Konstantstromgenerator 21 mit einem konstanten Ent­ladestrom entladen wird. Vorzugsweise ist der konstante Ladestrom größer, insbesondere um den Faktor 2 - 3 größer als der konstante Entladestrom. Im einzelnen wird dazu auf die DE-PS 30 04 829, insbesondere auf Spalte 4, Zeile 17 ff. verwiesen; der Offenbarungsgehalt der DE-PS 30 04 829 wird hiermit ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt in bezug und in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät 1 gemacht.
  • Wie die Fig. 2 nun weiter zeigt, ist die zweite Funktionseinheit des Schaltverstärkers 11 als Schmitttrigger 22 ausgeführt, wobei der Schmitt­trigger 22 zwei Vergleichseingänge 23, 24 einen Steuereingang 25 und einen Signalausgang 26 aufweist und der Steuereingang 25 des Schmitt­triggers 22 mit dem Demodulatorkondensator 19 verbunden ist. Desweiteren ist ein Spannungsteiler 27 vorgesehen, der zunächst drei Spannungsteiler­widerstände 28, 29, 30 aufweist und an die Speisespannung angeschlossen ist. Ein Vergleichseingang 23 des Schmitttriggers 22 ist an den dem Plus­pol 31 der Speisespannung nahen Verbindungspunkt 32 der Spannungsteiler­widerstände 28, 29 angeschlossen, während der andere Vergleichseingang 24 des Schmitttriggers 22 an den dem Minuspol 33 der Speisespannung nahen Verbindungspunkt 34 der Spannungsteilerwiderstände 29, 30 angeschlossen ist.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung 15 einen Analogverstärker 35 mit einem Referenzeingang 36, einem Steuereingang 37 und einem Steuerausgang 38 auf. Dabei sind der Referenzeingang 36 an eine Referenzspannung, der Steuereingang 37 an den Demodulatorkondensator 19 und der Steuerausgang 38 an den Oszillator 10 angeschlossen.
  • Im einzelnen gilt für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel wei­ter, daß der Spannungsteiler 27 einen vierten Spannungsteilerwiderstand 39 aufweist und mit dem vierten Spannungsteilerwiderstand 39 an den Minus­pol 33 der Speisespannung angeschlossen ist und der Referenzeingang 36 des Analogverstärkers 35 der Steuerschaltung 15 an den Verbindungspunkt 40 zwischen dem dritten Spannungsteilerwiderstand 30 und dem vierten Span­nungsteilerwiderstand 39 angeschlossen ist.
  • Die Fig. 2 zeigt von dem in Fig. 1 dargestellten elektronischen Schalt­gerät 1 nur - und nur stark vereinfacht - den Oszillator 10, den Schalt­verstärker 11 mit den beiden Funktionseinheiten Demodulator 16 und Schmitt­trigger 22 sowie die Steuerschaltung 15. Insbesondere in bezug auf den Oszillator 10 können der Fig. 2 Details nicht entnommen werden, insbeson­dere kann der Fig. 2 nicht entnommen werden, daß der Oszillator 10 einen Oszillatortransistor bzw. mehrere Oszillatortransistoren aufweist. Als zum Oszillator 10 gehörend dargestellt sind im einzelnen nur eine Schwing­kreisspule 41, ein Schwingkreiskondensator 42 un eine Emitterwiderstand 43, der im Emitterkreis des im einzelnen nicht dargestellten Oszillatortran­sistors liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nun die Lehre der Er­findung, wonach mittels der Steuerschaltung 15 so auf den Oszillator 10 eingewirkt wird, daß der Oszillator 10 auch im beeinflußten Zustand schwingt, dadurch realisiert, daß mittels der Steuerschaltung 15 dem Emitterwiderstand 43 des Oszillatortransistors ein Steuerwiderstand 44 parallelschaltbar ist. Im einzelnen ist dies dadurch realisiert, daß die Steuerschaltung 15 einen Steuertransistor 45 aufweist, die Basis 46 des Steuertransistors 45 an den Steuerausgang 38 des Analogverstärkers 35 an­ geschlossen ist und der Steuerwiderstand 44 mittels der Kollektor-Emitter-­Strecke des Steuertransistors 45 dem Emitterwiderstand 43 des Oszillator­transistors - mehr oder weniger wirksam - parallelschaltbar ist. Mit "mehr oder weniger wirksam" ist dabei gemeint, daß der über den Steuer­widerstand 44 fließende Strom und damit die Beeinflussung des Verstär­kungsfaktors des Oszillators 10 abhängig ist von Analogverstärker 35, also abhängig von der Referenzspannung am Referenzeingang 36 des Analog­verstärkers 35 und von der Signalgleichspannung am Steuereingang 37 des Analogverstärkers 35, also von der Signalgleichspannung am Demodulator­kondensator 19.
  • Im übrigen zeigt Fig. 2 noch insoweit ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten elektronischen Schaltgerätes, als ein Hyste­resewiderstand 47 und ein Hysteresetransistor 48 vorgesehen sind, der Hysteresewiderstand 47 in Reihe zum Emitterwiderstand 41 des Oszillator­transistors liegt, die Basis 49 des Hysteresetransistors 48 an den Signal­ausgang 26 des Schmitttriggers 22 angeschlossen ist und die Kollektor-­Emitter-Strecke des Hysteresetransistors 48 dem Hysteresewiderstand 47 parallelgeschaltet ist. Dazu wird im einzelnen auf die DE-PS 19 66 178 verwiesen; der Offenbarungsgehalt der DE-PS 19 66 178 wird hiermit auch zum Offenbarungsgehalt in bezug auf das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät 1 gemacht.

Claims (14)

1. Elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät, mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator, mit einem dem Oszillator nachgeordneten, mindestens zwie Funktionseinheiten aufweisenden Schaltverstärker, mit einem von dem Oszillator über den Schaltverstärker steuerbaren elektro­nischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, und mit einer Speiseschaltung zur Darstellung der Speisespannung für den Oszillator und für den Schaltverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Funktionseinheiten des Schaltverstärkers (11) und dem Oszillator (10) eine Steuerschal­tung (15) vorgesehen ist und mittels der Steuerschaltung (15) so auf den Oszillator (10) eingewirkt wird, daß der Oszillator (10) auch im beein­flußten Zustand schwingt.
2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktionseinheit des Schaltverstärkers (11), wie an sich bekannt, als Demodulator (16) ausgeführt ist.
3. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (16), wie an sich bekannt, eine Referenzspannungs­quelle, einen Differenzverstärker (17) und einen - direkt oder indirekt - ­an den Signalausgang (18) des Differenzverstärkers (17) angeschlossenen Demodulatorkondensator (19) aufweist.
4. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator, wie an sich bekannt, einen Schalttransistor, einen Ladewiderstand und ein Konstantstromnetzwerk aufweist und der Demodula­torkondensator über das Konstantstromnetzwerk mit einem konstanten Lade­strom geladen und mit einem konstanten Entladestrom entladen wird.
5. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalausgang (18) des Differenzverstärkers (17) ein Lade-­Konstantstromgenerator (20) und ein Entlade-Konstantstromgenerator (21) angeschlossen sind und der Demodulatorkondensator (19) über den Lade-­Konstantstromgenerator (2) mit einem konstanten Ladestrom geladen und über den Entlade-Konstantstromgenerator (21) mit einem konstanten Ent­ladestrom entladen wird.
6. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der konstante Ladestrom größer, vorzugsweise um den Faktor 2 -3 größer ist als der konstante Entladestrom.
7. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Funktionseinheit des Schaltverstärkers (11), wie an sich bekannt, als Schmitttrigger (22) ausgeführt ist.
8. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitttrigger (22) zwei Vergleichseingänge (23, 24), einen Steuereingang (25) und einen Signalausgang (26) aufweist und der Steuer­eingang (25) des Schmitttriggers (22) mit dem Demodulatorkondensator (19) verbunden ist.
9. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler (27) vorgesehen ist, der Spannungsteiler (27) drei Spannungsteilerwiderstände (28, 29, 30) aufweist und an die Speise­spannung angeschlossen ist und ein Vergleichseingang (23) des Schmitt­triggers (22) an den dem Pluspol (31) der Speisespannung nahen Verbin­dungspunkt (32) der Spannungsteilerwiderstände (28, 29), der andere Vergleichseingang (24) des Schmitttriggers (22) an den dem Minuspol (33) der Speisespannung nahen Verbindungspunkt (34) der Spannungsteilerwider­stände (29, 30) angeschlossen ist.
10. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) einen Analogverstärker (35) mit einem Referenzeingang (36), einem Steuereingang (37) und einem Steuerausgang (38) aufweist und der Referenzeingang (36) an eine Refe­renzspannung, der Steuereingang (37) an den Demodulatorkondensator (19) und der Steuerausgang (38) an den Oszillator (10) angeschlossen sind.
11. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Spannungsteiler (27) einen vierten Spannungsteiler­widerstand (39) aufweist und mit dem vierten Spannungsteilerwiderstand (39) an den Minuspol (33) der Speisespannung angeschlossen ist und der Refe­renzeingang (36) des Analogverstärkers (35) der Steuerschaltung (15) an den Verbindungspunkt (40) zwischen dem dritten Spannungsteilerwiderstand (30) und dem vierten Spannungsteilerwiderstand (39) angeschlossen ist.
12. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Oszil­lator einen Oszillatortransistor mit einem Emitterwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Steuerschaltung (15) dem Emitter­widerstand (43) des Oszillatortransistors ein Steuerwiderstand (44) paral­lelschaltbar ist.
13. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) einen Steuertransistor (45) aufweist, die Basis (46) des Steuertransistors (15) an den Steuerausgang (38) des Analogverstärkers (35) angeschlossen ist und der Steuerwiderstand (44) mittels der Kollektor-Emitter-Strecke des Steuertransistors (45) dem Emitterwiderstand (43) des Oszillatortransistors - mehr oder weniger wirksam - parallelschaltbar ist.
14. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß, wie an sich bekannt, ein Hysteresewiderstand (47) und ein Hysteresetransistor (48) vorgesehen sind, der Hysteresewiderstand (47) in Reihe zum Emitterwiderstand (43) des Oszillatortransistors liegt, die Basis (49) des Hysteresetransistors (48) an den Signalausgang (26) des Schmitttriggers (22) angeschlossen ist und die Kollektor-Emitter-Strecke des Hysteresetransistors (48) dem Hysteresewiderstand (47) parallelge­schaltet ist.
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